大型模鍛液壓機(jī)組合墊板有限元分析_圖文

1、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造一70一 Machinery Design &Manufacture第2期 2008年2月文章編號(hào):100l一3997(200802-00r7咖2大型模鍛液壓機(jī)組合墊板有限元分析彭偉波 黃明輝(中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,長(zhǎng)沙410083HeaVy die forging hydrau¨Cpress assembIed bOlster pIateS finite eIement method anaIysjs PENG Weibo,HUANG Mjnghui(The CoUege of Mechanical and Electronic,Central Soutll

2、University,Changsha 410083,China【摘 要】通過(guò)jF線性有限元軟件rmrc建立了大型模鍛液壓機(jī)組合墊板結(jié)構(gòu)的三維有限元 模型。通過(guò)對(duì)比分析的方法,研究了在不同厚度、橫向偏我和中載和不同的螺栓預(yù)緊力下墊板的 應(yīng)力和變形規(guī)律。發(fā)現(xiàn)這種組合結(jié)構(gòu)中在墊板邊緣部分對(duì)模壓力的分配沒(méi)有貢獻(xiàn)。螺栓在墊板彎 曲變形的情況下有滑動(dòng)趨勢(shì)。針對(duì)這種缺陷給出了相應(yīng)修改建議,對(duì)于指導(dǎo)組合墊板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具 有參考意義。關(guān)鍵詞:組合墊板;液壓機(jī);螺栓;有限元【Abstract】A tree擾,聊m面幾n婦e如,耽眥,加如z出D以k口乇,l弘f蒯記n擲sse,柚J!ed 60厶把r pZ拋s nr它

3、6M脅矗roz醇,c咒s驢塒倒.e譏t括p叩eL 77圮s,.ess cmd c臺(tái)幾硼t幻n礦f船60厶把r pZc蹴s u凡一 如r d夠吝陽(yáng)m三D甜鋤d伊o,聊t吖dime船幻乃凸re帆加ed 6珊ed o凡覦t如砘ses.括如,以,矧6Db把r p勉e sec幻n,圮he ed筘而腳e,lo com矗6m瀝n幻sfmre tJ圮zD以.卯圮6DZ拈如ere,以tD sZ咖due幻tk 6如以 耐ar玎l(xiāng)m如幾&l,le s“昭f如n nre g面en面,ned越礬ese d毫居c拈,仍se舶如d 60b把rpfmes如sig他co廳,咖r_e,lce t7如贏ds塒eZ正Keyw

4、ords:A鼬mbled blster plat鼯;Hydraulic pr鶴s.Bolts;Fillite ekment method中圖分類號(hào):THl22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A大型液壓機(jī)的墊板組合結(jié)構(gòu)是液壓機(jī)中的重要承載部件, 它主要功能是將模具上的載荷均勻分布到橫梁上,從而改善整 個(gè)壓力機(jī)的受載狀況。合理的設(shè)計(jì)墊板結(jié)構(gòu)是大型壓力機(jī)的設(shè) 計(jì)的難點(diǎn),它將直接影響壓力機(jī)的壽命和鍛件成型的質(zhì)量。由于 加工能力范圍大,加工制造困難,因此墊板多采用分層分塊螺栓 銷釘?shù)榷嗉s束的預(yù)緊組合結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的墊板設(shè)計(jì)計(jì)算方法多采 用彈性錐平衡解題法【lJ,由于未考慮墊板彎曲和墊板間摩擦和各 種約束得影響,因此計(jì)算誤差較大

5、。有限元技術(shù)的發(fā)展為墊板的 設(shè)計(jì)研究但來(lái)了方便。但是如何在有限元仿真中相對(duì)準(zhǔn)確的模擬這種多約束組合墊板結(jié)構(gòu)是一個(gè)難點(diǎn)。文獻(xiàn)口將墊板假設(shè)為 平面應(yīng)變分析,得到了組合墊板的應(yīng)力、變形的曲線,文獻(xiàn)嘴采 用三維有限元分析,得出了得到墊板厚度和墊板層數(shù)的不同的 組合規(guī)律。由于約束的影響,在墊板的受載過(guò)程中直接影響著墊 板的應(yīng)力的分布和變形情況。針對(duì)大型壓力機(jī)種這種多約束的 1圖l墊板組合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖1螺栓約束的數(shù)學(xué)模型在有限元理論中,為保證不同類型單元間的邊界協(xié)調(diào)性常 采用多點(diǎn)約束方程處理。螺栓類預(yù)應(yīng)力類模型同樣也采用多點(diǎn) 約束方程睞描述。對(duì)于螺栓預(yù)應(yīng)力的基本思想是將被模擬的螺 栓桿有限單元模型分割成兩部

6、分。其實(shí)質(zhì)就是沿著指定的路徑 將分界面的單元節(jié)點(diǎn)復(fù)制一份。通過(guò)一組位移和力約束方程分 界面上的節(jié)點(diǎn)建立約束方程,通過(guò)在分界面上的節(jié)點(diǎn)或通過(guò)一 個(gè)外部控制節(jié)點(diǎn)強(qiáng)迫位移或施加力模擬螺栓的預(yù)緊力。通用的商業(yè)有限元軟件有固化的模塊。在m腳中主要適用Overclosure Tying描述約束方程。如圖(2所示。引人約束方程top partJ ,l-LB-ul h啦bl。Il 卜,1. 1一一ul_U乞姊 ,1.-1r 1E_bottompart來(lái)稿日期:2007_04-19基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃資助項(xiàng)目(2005cB724102 圖2多點(diǎn)約束示意圖fo第2期彭偉波等:大型模鍛液壓

7、機(jī)組合墊板有限元分析一71一1.64=Ul,甲+“I.腫l2.h2._+屹,m引入向量和約束矩陣 (1和趨勢(shì)。(2 “=【uI.k l2.婦I,峰,坤r (3 五=【五哳五2。五。】r(4,o , o1r弛fo,o,I(5【, o oJ其中,和O分別為單位矩陣和空(零矩陣,式(1和(2簡(jiǎn) 化為矩陣方程l=死(7 F=【F。.印,:.印,刊】r(8 則Fk,%(9 將方程(6代入方程(9得出多點(diǎn)約束力矩陣方程r牝F(10通過(guò)在控制節(jié)點(diǎn)上施加強(qiáng)迫位移就可以獲得所需的預(yù)緊力。2組合墊板結(jié)構(gòu)的三維有限元模型建立影響墊板力學(xué)行為的主要因素包括模壓面積的大小、墊板 的厚度高度和各種約束以及載荷的偏移等等。

8、針對(duì)大型壓力機(jī) 組合墊板結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)有限元模型做一下處理:(1根據(jù)墊板結(jié)構(gòu)以及載荷特點(diǎn)取墊板的一半做研究分析。 (2考慮到上橫梁的剛度比墊板組的剛度要大得多,將上橫 梁簡(jiǎn)化為剛性體。(3模壓力按均布載荷分布在模座和底層 墊板的接觸面上。(4墊板之間的摩擦采用雙線性庫(kù)侖摩擦 類型。(5材料的本構(gòu)方程引用修正的johnn-c00k模型并簡(jiǎn)化為廬496“34占。櫥(11材料的基本參數(shù)如表1所示。(6通過(guò)多點(diǎn)約束方程模擬螺栓預(yù)緊力。 為了分析不同空間結(jié)構(gòu)和載荷狀況下墊板 組的力學(xué)行為,通過(guò)以下的工況分析墊板在不 同厚度和載荷條件下的應(yīng)力和變形情況。前三 個(gè)工況接模壓面積1560×635計(jì)算,

9、第四個(gè)工況 按模壓面積4350x900計(jì)算。工況1:通過(guò)改變底層墊板的厚度(500咖、600mm、700n塒分析層數(shù)相等組合墊板在不同 高度時(shí)中載的應(yīng)力和變形分布情況圖3中載應(yīng)力和變形圖(1560×635囹4橫偏應(yīng)力和變形圖(1560×635O2柏OO 81012柏016001020222O24e8101214伸00182000220D24億rI-工況2:墊板在不同高度的橫偏200mm時(shí)應(yīng)力和變形分布 情況分析層數(shù)相等組合墊板在不同高度時(shí)偏載時(shí)的應(yīng)力和變形 分布情況表1基本參數(shù)工況3:等厚墊板在不同螺栓預(yù)緊力下的變形和應(yīng)力情況 工況4:通過(guò)改變模壓面積的大小分析模壓力的分布

10、范圍EJ哪圖5墊板間Y向接觸應(yīng)力曲線(1560×6353仿真結(jié)果分析(1在矩形模座情況下,接觸應(yīng)力分布不是按照彈性錐理論 的分布,傳播規(guī)律與截?cái)嗟膾佄锴嫦嗨啤?2隨著墊板的厚度增加墊板的接觸應(yīng)力呈減少趨勢(shì),并且 接觸應(yīng)力的梯度變化隨著厚度的增加趨于緩和,墊板的變形也隨著墊板的厚度增加減小。(3不同的模壓面積下模壓力的分布范圍有限,在墊板縱向機(jī)械設(shè)計(jì)與制造一72一MachineryDesign&Manufacture第2期2008年2月文章編號(hào):100l一3997(2008020072塒基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳 算法的脫粒裝置參數(shù)優(yōu)化呋王顯仁李耀明徐立章(江蘇大學(xué)江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備

11、與技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室,鎮(zhèn)江212013Optimjzing 0f threshing perl:Ormance based On anificiaI neuraI net、,0rk andgenetjc aIgo rjthmWANG Xianren,U Ya0一ming,XU“一zhang(Jiangsu Univellsity,Zhen百iang 212013,China【摘要】在自制脫粒試驗(yàn)裝置上,以來(lái)脫凈率和谷粒損傷率為目標(biāo),進(jìn)行了脫粒試驗(yàn)。通過(guò) MATu心神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱,建立了優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)傳統(tǒng)的優(yōu)化方法存在.求解過(guò)程復(fù)雜、尋 優(yōu)過(guò)程易陷入局部最優(yōu)解的問(wèn)題,應(yīng)用MATu咀遺傳算法

12、工具箱對(duì)該模型進(jìn)行了優(yōu)化,求得了該脫粒試驗(yàn)裝置脫粒元件線速度和脫粒間隙的最佳組合。提出了一條解決脫粒裝置性能優(yōu)化問(wèn)題的新方法。 同時(shí),MATu舊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法工具箱的應(yīng)用解決了其它高級(jí)語(yǔ)言繁重的編程任務(wù)。關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)裝備;脫粒性能;優(yōu)化;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);遺傳算法 【Abstract】0nosep:也5咖d鈀st egM咖,nen卯讒e等Pernem曠rezm幻璐p 6et1eerIhres 7記r3tIe如ci一庇s,co,lc倒e c如講圮e口nd,l旭s危i,醬pe咖rm配e蠡co,以招d扣r p口d砂,如B刀詁,m以Jk,lm如以礦fk死,esi昭pe咖r玎瑚ce厶6“協(xié)塒訛酬啦以礎(chǔ)以

13、礎(chǔ)姍以6仍ed Dne印e矗朧脅.7咖6e叩imum印脅加厶06觚鵬d 6y胞坳ge聊斑咖廊m幻D舾讎A,le塒脫tbd向印ti眥垤礦杌s垤pe咖肌僦e括咖一 P幾&si如南k p硇卵硼吼i,醬伽噸塒謝婦e,6,峪i昭tk肘ml曲口n耖論謝聊urnz聊劬D以幻of6舛蒯gewt一記n2舯m幻Dz60戈扣r optim拓i粥礦陀si,lpe咖r打瑚配e.Key words:AgcUdtllral eqllipment;Thr髑llingperfo唧ance;opt砌zing;Arti6cialneural network;Gene6c algoritllIII中圖分類號(hào):m6,0224文

14、獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A脫粒裝置是聯(lián)合收割機(jī)的核心部件之一,脫粒質(zhì)量直接影響到聯(lián)合收割機(jī)的整機(jī)性能。對(duì)脫粒裝置的要求是脫粒干凈;谷來(lái)稿日期:2007-04-16國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):50475123新設(shè)計(jì)裝配的墊板應(yīng)多次的試壓多次擰緊。 (5對(duì)比工況1和2在偏載作用下墊板的因?yàn)檩d荷的不對(duì) 稱表現(xiàn)出變形的不對(duì)稱。載荷的偏置側(cè)的變形與非偏置相比變 形要大,載荷的中心也發(fā)生相對(duì)的偏移。在中載時(shí)墊板邊緣未出 現(xiàn)分開(kāi)縫的地方,偏載時(shí)出現(xiàn)了開(kāi)縫。(6在以上所有工況分析中發(fā)現(xiàn)螺栓存在向外滑動(dòng)的趨勢(shì), 但是在彎曲交變得載荷作用下螺栓容易出現(xiàn)疲勞松弛。4結(jié)論通過(guò)分析中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的組合墊板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,存在著設(shè)計(jì)

15、不合理的地方,體現(xiàn)在螺栓的布局不合理,墊板的體機(jī)和質(zhì)量過(guò) 大材料的利用率較低。仿真結(jié)果對(duì)組合墊板設(shè)計(jì)具有一定的指圖6中載應(yīng)力變形圖(4350x900導(dǎo)意義。離模座一定的范圍墊板對(duì)模壓力的分配貢獻(xiàn)不大。在墊板設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn)小墊板的尺寸已提高材料的利用率。155165(4在工況3中,不同的預(yù)緊力作用墊板的變形不一致,預(yù)2張立華.300MN水壓機(jī)墊板組力學(xué)行為研究機(jī)械強(qiáng)度40(弛2(2:蘭之至拿竺竺苧三導(dǎo)警蘭簍妾翌妻銎塵竺耋譬:,.譽(yù)奎票簍壟!,篆蕃蓋壓機(jī)模具與支承部件的三維接觸分析鍛壓技術(shù),:。:(2:助于減小離縫現(xiàn)象。過(guò)大的預(yù)緊載荷導(dǎo)致螺栓的周圍出現(xiàn)局部 。二=“:歹。一一一一的變形過(guò)大出現(xiàn)螺栓周圍的局部離縫。原因主要是墊板的螺栓 4布局存在不合理的地方,通過(guò)調(diào)整螺栓布局有助于減小局部的 M1Msc.SOIt。峨,20Q5.變形.在墊板的設(shè)計(jì)中應(yīng)設(shè)法增大墊板和螺栓之間的相對(duì)剛度,5胡昌明等.45號(hào)鋼動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究爆炸與沖擊娜3丑(2:18和l_92 大型模鍛液壓機(jī)組合墊板有限元分析作者:彭偉波 , 黃明輝 , PENG Wei-bo, HUANG Ming-hui作者單位:中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,長(zhǎng)沙,410083刊名:機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 英文刊名:MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE年,卷(期:2008,"&q